模拟电子技术第6章.ppt
6 模拟集成电路,6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术,6.3 差分式放大电路的传输特性,6.4 集成电路运算放大器,6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应 用电路的影响,6.2 差分式放大电路,1、镜像电流源工作原理,2、差分放大电路连接方式（工作组态）,3、差模、共模信号的计算,重点：,4、射极耦合差分放大电路的分析计算,第六章 模拟集成电路,5、MC14573和LM741集成运放的应用,6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术,6.1.1 BJT电流源电路,6.1.2 FET电流源,1. 镜像电流源,2. 微电流源,3. 高输出阻抗电流源,4. 组合电流源,1. MOSFET镜像电流源,2. MOSFET多路电流源,3. JFET电流源,6.1.1 BJT电流源电路,1、电流源,2、镜像电流源,当远大于1时， IC2IREF=(VCC-VBE)/RVCC/R,A、当R不变时，IC2 几乎不变化，所以 交流输出电阻很大 B、作为放大电路 的有源负载 C、T1对T2管有温 度补偿作用 D、当T1、T2 的不 大时，IC2与IREF存 在一定的误差 E、适用于IC2较大,T1、T2的参数全同,即12，ICEO1ICEO2,当BJT的较大时，基极电流IB可以忽略,IoIC2IREF,3、微电流源,IC2=(VBE1-VBE2)/Re2 =Ie2Re2 VBE/Re2,A、IC2为数值较小的 电流 B、IREFVCC/R随VCC变化,如果R很大， 则IC2的变化很小，受电源影响很小 C、T1对T2管有温度 补偿作用，所以 IC2受温度影响小,5、应用实例,A、T2和T3组成的镜 像电流源作为T1 管的有源负载 B、由于镜像电流源 的交流电阻很大， 所以可大大提高 T1的电压增益。,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,1. 用三端器件组成的差分式放大电路,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,2. 有关概念,差模信号,共模信号,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,共模信号产生的输出,共模抑制比,反映抑制零漂能力的指标,6.2.2 射极耦合差分式放大电路,1. 电路组成及工作原理,1. 电路组成及工作原理,静态,动态,仅输入差模信号，,大小相等，相位相反。,大小相等，,信号被放大。,相位相反。,2. 抑制零点漂移原理,温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，,其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。,这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。,差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用,3. 主要指标计算,（1）差模情况,接入负载时, 双入、双出,3. 主要指标计算,（1）差模情况, 双入、单出,接入负载时,（1）差模情况, 单端输入,等效于双端输入,指标计算与双端输入相同。,（2）共模情况, 双端输出,共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。,所以,共模增益, 单端输出,抑制零漂能力增强,（2）共模情况,（3）共模抑制比,双端输出，理想情况,单端输出,抑制零漂能力,越强,单端输出时的总输出电压,（4）频率响应,高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。,例,(4)当输出接一个12k负载时的差模电压增益.,解：,求:,(1)静态,(2)电压增益,(3),差分电路的共模增益,共模输入电压,不计共模输出电压时,(4),4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路,共模输入电阻 Ricrbe2(1)ro5,4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路,差模电压增益 （负载开路）,则,单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益,6.3 差分式放大电路的传输特性,根据,iC1= iE1，iC2= iE2 vBE1= vi1= vid/2 vBE2= vi2 = -vid/2,又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2,可得传输特性曲线 vO1，vO2f（vid）,vO1，vO2f（vid）的传输特性曲线,P316题6.2.2,思考题,6.4 集成电路运算放大器,6.4.1 集成电路运算放大器CMOS MC14573,6.4.2 集成运算放大器741,6.4.1 CMOS MC14573 集成电路运算放大器,1. 电路结构和工作原理,2. 电路技术指标的分析计算,(1)直流分析,已知VT 和KP5 ，可求出IREF,根据各管子的宽长比 ，可求出其它支路电流。,(2)小信号分析,设 gm1 = gm2 = gm,则,输入级电压增益,(2)小信号分析,6.4.2 集成运算放大器741,6.4.2 集成运算放大器741,简化电路,UEE,+UCC,u+,uo,u,反相 输入端,同相 输入端,输入级,中间级,输出级,与uo反相,与uo同相,6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响,6.5.1 实际集成运放的主要参数,6.5.2 集成运放应用中的实际问题,6.5.1 实际集成运放的主要参数,输入直流误差特性（输入失调特性）,1. 输入失调电压VIO,在室温（25）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压VIO。一般约为±（110）mV。超低失调运放为（120）V。高精度运放OP-117 VIO=4V。MOSFET达20 mV。,2. 输入偏置电流IIB,输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值,IIB（IBNIBP）/2,BJT为10 nA1A；MOSFET运放IIB在pA数量级。,3. 输入失调电流IIO,输入失调电流IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即IIO|IBPIBN| 一般约为1 nA0.1A。,4. 温度漂移,（1）输入失调电压温漂VIO / T,（2）输入失调电流温漂IIO / T,差模特性,1. 开环差模电压增益Avo和带宽BW,开环差模电压增益AvO,开环带宽BW (fH),单位增益带宽 BWG (fT),741型运放AvO的频率响应,2. 差模输入电阻rid和输出电阻ro,BJT输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧 MOSFET为输入级的运放rid1012 超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA 一般运放的ro200，而超高速AD9610的ro0.05。,3. 最大差模输入电压Vidmax,共模特性,1. 共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric,一般通用型运放KCMR为（80120）dB，高精度运放可达140dB，ric100M。,2. 最大共模输入电压Vicmax,一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达± 13V。,大信号动态特性,1. 转换速率SR,放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率，即,若信号为viVimsin2ft ，则运放的SR必须满足SR2fmaxVom,大信号动态特性,2. 全功率带宽BWP,指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即,SR和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标。一般通用型运放SR在nV/s以下，741的SR=0.5V/s而高速运放要求SR30V/s以上。目前超高速的运放如AD9610的SR3500V/s。,电源特性,1. 电源电压抑制比KSVR,衡量电源电压波动对输出电压的影响,2. 静态功耗PV,1. 集成运放的选用,根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。至于专用型运放，虽然某项技术参数很突出，但其他参数则难以兼顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高速型与高精度常常有矛盾，如此等等。,6.5.2 集成运放应用中的实际问题,2. 失调电压VIO、失调电流IIO和偏置电流IIB带来的误差,输入为零时的等效电路,解得误差电压,当 时，可以 消除偏置电流 引起的 误差，此时,当电路为积分运算时，,即 换成电容C，则,时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。,引起的误差仍存在,3. 调零补偿,（a）调零电路 （b）反相端加入补偿电路,电子电路设计软件有很多，它们各有特色。如PSPICE 、 EWB、 Multisim 、 ProtelSE和Tango， ProtelSE和Tango对单层/双层电路板的原理图及PCB图的开发设计很适合，而对于布线复杂，元件较多的四层及六层板来说ORCAD更有优势。但在电路系统仿真方面，PSPICE可以说独具特色，是其他软件无法比拟的，它是一个多功能的电路模拟试验平台， Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样技术人员无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析电子电路的设计,EWB是一种电子电路计算机仿真软件，被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为Electronics Workbench。EWB是加拿大Interactive Image Technologies（简称IIT）公司于1988年开发的，EWB以SPICE3F5为软件核心，增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能。在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件,Multisim也是IIT公司的产品，推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。通过Multisim和虚拟仪器技术，工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。,Multisim发展简介 加拿大EWB （Electrical Workbench） EWB4.0 EWB5.0 EWB6.0 Multisim2001 Multisim 7 Multisim 8 Multisim 9 Multisim 10 目前在各高校教学中普遍使Multisim2001， 网上最为普遍的是Multisim 9,Multisim 9特点： （1）可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器； （2）所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上; (3)所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。 Multisim 9组成： 1 构建仿真电路 2 仿真电路环境 3 multi mcu - 单片机仿真 4 FPGA、PLD，CPLD等仿真 5 FPGA、PLD，CPLD等仿真 6 通信系统分析与设计的模块 7 PCB设计模块：直观、层板32层、快速自动布线、强制向量和密度直方图 8 （自动布线模块）,P316 6.2.1 P321 6.5.1,Homework of this chapter,
